Ciencias Marinas

ISSN: 0185-3880

cmarinas@uabc.mx

Universidad Autónoma de Baja California

México

Lizárraga-Arciniega, R; Martínez-Díaz de León, A; Delgado-González, O; Torres, CR; Galindo-Bect,

LA

Alternancia de los ciclos de erosión/acreción de playa relacionados con el oleaje en Rosarito, Baja

California, México

Ciencias Marinas, vol. 33, núm. 3, septiembre, 2007, pp. 259-269

Universidad Autónoma de Baja California

Ensenada, México

Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=48033303

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Ciencias Marinas (2007), 33(3): 259–269

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Introducción

El municipio de Playas de Rosarito, en adelante Rosarito,es uno de los corredores turísticos de mayor importancia en elnoroeste de Baja California y de México. La franja costera deeste municipio se encuentra bajo una constante presión de usode suelo por una población que creció al 7.7% anual en elperiodo de 1995 a 2000 (COPLADE 2002). La rápida yextensiva construcción de infraestructura habitacional,industrial y recreativa al borde de cantiles costeros y aun sobrela cara de la playa ha sido producto de un crecimiento

Introduction

The municipality of Rosarito Beach, henceforth referred toas Rosarito, is a major tourist destination in northwestern BajaCalifornia (Mexico). Its coastal fringe is under constant landuse pressure by a population that increased 7.7% during theperiod 1995–2000 (COPLADE 2002). The rapid and extensiveconstruction of residential, industrial and recreational infra-structure along the coastal cliffs and even on the beach face hasoccurred without appropriate development planning. Despitethe importance of the Rosarito beaches for the economic and

Alternancia de los ciclos de erosión/acreción de playa relacionados con el oleaje en Rosarito,Baja California, México

Alternation of beach erosion/accretion cycles related to wave action off Rosarito,Baja California, Mexico

R Lizárraga-Arciniega*, A Martínez-Díaz de León, O Delgado-González, CR Torres, LA Galindo-Bect

Instituto de Investigaciones Oceanológicas, Universidad Autónoma de Baja California, Km 103 Carretera Tijuana-Ensenada, Ensenada CP 22830, Baja California, México. * E-mail: jroman@uabc.mx

Resumen

Se analizaron 1860 perfiles de playa levantados mensualmente en 29 puntos de control entre octubre de 1995 y diciembre de2003 en la costa de Playas de Rosarito (Baja California, México). Se estimaron los volúmenes mensuales de arena en la playasubaérea y se relacionaron con registros de olas en mar abierto en California y en aguas cercanas a la costa en dos localidadesfrente a Rosarito. En el análisis espectral de las series de tiempo de volumen de arena se identificaron dos picos espectralesimportantes cuyos periodos son de 12 y 36 meses, respectivamente. Este último se identificó por primera vez en las playas deRosarito y mostró una amplitud ligeramente mayor en las playas cercanas al rompeolas de la Comisión Federal de Electricidad yen las playas en la parte sur del área de estudio. La contribución al movimiento de arena producido por el ciclo anual fue de 80m3 m–1, mientras que el transporte inducido por el ciclo de 36 meses fue de 50 m3 m–1. El ciclo de erosión y acreción se presentóen invierno y verano, respectivamente, pero en dos localidades este ciclo se muestra invertido. El ciclo estacional del cambio enel volumen de arena, definido en términos del número de Dean (Ω = Hs/wsT), está controlado por la estacionalidad en lascaracterísticas del oleaje, mientras que en el ciclo invertido es controlado por los cambios locales en la morfología de la costa ypor el ángulo de ataque de las olas rompientes. El factor que ayuda a explicar el ciclo de 36 meses está relacionado con lospatrones interanuales de oleaje y éstos a su vez con la ocurrencia de eventos ENSO.

Palabras clave: ciclo de playa, erosión/acreción de playa, clima de oleaje, Rosarito, Baja California.

Abstract

A total of 1860 beach profiles were surveyed monthly from October 1995 to December 2003 at 29 control points along thecoast of Rosarito (Baja California, Mexico). Sand volumes were estimated for the subaerial beach and related to deep-waterwave records off California and nearshore waters at two localities off Rosarito. The spectral analysis of the sand volume timeseries revealed two main spectral peaks of 12- and 36-month periods. The latter cycle was identified for the first time alongRosarito beaches, showing a slightly larger amplitude on the beaches near the Federal Electricity Commission’s breakwater andin the southern part of the study area. The contribution to sand movement produced by the annual cycle was 80 m3 m–1, while thetransport induced by the 36-month cycle was 50 m3 m–1. The erosion and accretion cycle corresponded to winter and summer,respectively, but this pattern was inverted at two localities. The annual or seasonal cycle of sand volume change, defined interms of the Dean number (Ω = Hs/wsT), is controlled by the seasonal wave pattern, while the inverted cycle is due to localchanges in beach morphology and approach angle of breaking waves. The factor that accounted for this cycle is associated withinterannual wave pattern variations and this, in turn, with ENSO events.

Key words: beach cycles, beach erosion/accretion, wave climate, Rosarito, Baja California.

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pobremente planificado. A pesar de la importancia que tienenlas playas de Rosarito para el desarrollo económico y social desu comunidad, poco se conoce sobre los cambios en el frentede playa en el corto, mediano y largo plazo, así como de losagentes que los producen.

Los cambios de playa erosionales o acrecionales que ocu-rren en el corto plazo están asociados con eventos aislados,ocasionalmente catastróficos y, por lo tanto, no periódicos. Unevento de esta naturaleza se presentó en las playas de Rosaritodurante el invierno 1998, bajo condiciones de El Niño/Oscila-ción del Sur (ENSO, por sus siglas en inglés), el cual ocasionópérdidas de arena hasta de 6.6 m3 m–1 día–1 y retrocesos de lalínea de playa de hasta 2.3 m día–1 (Lizárraga-Arciniega et al.2003). Los cambios de playa en el mediano plazo usualmentepresentan patrones cíclicos de erosión o acreción a intervalosrelativamente regulares, aunque no en un sentido estricto puesen el lapso de algunos años la forma del perfil no es exacta-mente igual a la inicial (Eliot y Clarke 1989, Jiménez et al.1997). Los cambios de largo plazo se consideran variacionesque ocurren en lapsos de décadas y los factores que los inducenestán asociados a patrones cambiantes en el suministro dearena o al nivel relativo del nivel del mar (Jiménez et al. 1997).Delgado-González et al. (2005) señalan que en playas asocia-das a lagunas costeras, además de los factores indicados, lavariación en el prisma de marea puede ser factor de control enla erosión o acreción de playas.

El propósito de este trabajo fue determinar los cambios demediano plazo del volumen de arena en la playa subaérea deRosarito y su relación con la climatología del oleaje que llega aesa zona.

Área de estudio

Rosarito se encuentra 15 km al sur de Tijuana y la fronteracon California, EUA. El área de estudio fue el litoral desde SanAntonio del Mar hasta Punta La Paloma, con una extensiónaproximada de 11 km (fig. 1). La línea de costa es relativa-mente recta y el depósito costero de arena del cuaternario sobreel que parcialmente se asienta la principal mancha urbana deRosarito se estrecha hacia el norte hasta su límite con underrame basáltico. La costa está parcialmente protegida de lascondiciones oceánicas por las Islas Coronado, tres cuerposinsulares cuyos ejes longitudinales miden 1, 1.8 y 3.6 km, yque se encuentran 14 km mar adentro frente a Rosarito dandolugar a una compleja topografía submarina entre ellos y el blo-que peninsular (fig. 1). Frente a la Planta Termoeléctrica Juárezde la Comisión Federal de Electricidad (CFE) se encuentran unrompeolas en forma de J y un par de espigones que dan cuerpoa la toma de agua de enfriamiento para la planta y que obstacu-lizan el transporte litoral de arena generando zonas preferentesde acumulación.

En la sección norte del área de estudio son comunesextensos muros costeros que protegen el pie del cantil sobre elque se asienta la infraestructura residencial. Las playas están

social development of the community, little is known about theshort-, medium- and long-term beach changes and the agentscausing them.

Short-term beach erosion or accretion is associated withisolated, nonperiodic events that can occasionally be cata-strophic. Such an event occurred along the coast of Rosaritoduring the El Niño/Southern Oscillation (ENSO) winter of1998, causing sand losses of up to 6.6 m3 m–1 day–1 and shore-line retreat of up to 2.3 m day–1 (Lizárraga-Arciniega et al.2003). Medium-term beach changes usually present cyclicalerosion or accretion patterns at relatively regular intervals,though not in a strict sense since after a few years the profile isnot exactly the same as the initial one (Eliot and Clarke 1989,Jiménez et al. 1997). Long-term changes are considered varia-tions that occur over time scales of decades and the factorscausing them are related to changing patterns in sand supply orrelative sea level (Jiménez et al. 1997). Delgado-González etal. (2005) indicated that in coastal lagoons, apart from the fac-tors mentioned, variations in the tidal prism could be a factorcontrolling beach erosion or accretion.

This study aimed to determine the medium-term changes inthe volume of sand of the subaerial beach in relation to waveclimatology on the coast of Rosarito.

Study area

Rosarito is located 15 km south of the border betweenTijuana (Mexico) and California (USA), on the Pacific coast ofthe Baja California Peninsula. The study area comprises anapproximately 11-km-long stretch of coastline between SanAntonio del Mar and Punta La Paloma (fig. 1). The coast isrelatively straight and the Quaternary sand deposit, over whichmost of the urban sprawl extends, narrows northwards untilreaching a basaltic spill. The coast is partially protected fromocean conditions by the three Coronado Islands (longitudinalaxes of 1, 1.8 and 3.6 km) situated 14 km off Rosarito, givingrise to a complex underwater topography between them andthe mainland (fig. 1). In front of the Juárez thermoelectric plantof the Federal Electricity Commission (Comisión Federal deElectricidad, CFE), a J-shaped breakwater and a pair of piers,which form part of the cooling water intake structure, obstructlittoral transport and produce areas of preferential sandaccumulation.

Vast seawalls protecting the cliff base on which the residen-tial infrastructure sits are more common in the northern part ofthe study area, where the beaches are composed of sedimentarymaterial ranging in size from medium sand to pebbles; at somesites rocky igneous outcrops form headlands. To the south ofthe breakwater, the cliffs disappear and there are fewer sea-walls, and the beaches tend to be wider and entirely sandy.

The highly-seasonal Guaguatay and Rosarito streams draina basin of approximately 126 km2 and are the main source ofsand to the littoral system (Pou-Alberú and Pozos-Salazar1992, Appendini-Albretchsen 1998); their mouths are located2000 and 4000 m to the south of the CFE breakwater.

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constituidas por material sedimentario que varía en tamañodesde arena media hasta canto rodado y en algunas localidadesse observan afloramientos rocosos ígneos formando salientesde la línea de costa. Hacia el sur del rompeolas los cantiles sedesvanecen, las playas tienden a ser más anchas y exclusiva-mente arenosas, y los muros costeros son menos numerosos.

Los arroyos Guaguatay y Rosarito, con flujos fuertementeestacionales, drenan una cuenca de aproximadamente 126 km2

y son las principales fuentes de arena al sistema litoral (Pou-Alberú y Pozos-Salazar 1992, Appendini-Albretchsen 1998);sus desembocaduras se encuentran a 2000 y 4000 m al sur delrompeolas.

Métodos

Los cambios de mediano plazo en el volumen de arena deplaya se estudiaron a partir del análisis de 1860 perfiles deplaya que se levantaron mensualmente de octubre de 1995 adiciembre de 2003 en 29 puntos de control separados a distan-cias variables a lo largo de la playa bajo estudio (fig. 1). Loslevantamientos se efectuaron con nivel fijo, estadal y cintamétrica usando como datum de referencia el nivel de bajamarmedia inferior (NBMI) y se efectuaron durante la marea másbaja del mes durante el día.

Para cada perfil se calculó el volumen de arena contenidopor arriba del NBMI y para identificar las característicasperiódicas de la serie de tiempo, los volúmenes calculados setransformaron al campo de frecuencias mediante un análisisespectral utilizando el método de promediado de los periodo-gramas de Welch (1967). Para estimar la contribución de cadauna de las frecuencias más energéticas al movimiento de arena,a cada una de las series de tiempo de volumen de arena seajustó una función seno con dichas frecuencias.

Para determinar la influencia del oleaje en los cambios devolumen de arena se analizaron datos de altura, periodo ydirección de propagación de las olas de tres fuentes de infor-mación: de la boya 071 del Programa de Información de DatosCosteros (CDIP 2004), localizada frente a Punta Concepción,California, EUA, de donde se obtuvieron registros históricos(marzo de 1995 a marzo de 2002) a los que se aplicó la técnicade análisis espectral para identificar patrones recurrentes dealtura (energía); de la CFE, generados con un sensor de presiónautónomo (Sea Data 12) instalado frente a su rompeolas, a 10m de profundidad, de junio de 1995 a enero 1999, y de los quese obtuvieron promedios estacionales de altura, periodo ydirección de viaje de las olas; y, por último, de la UniversidadAutónoma de Baja California (UABC) se obtuvieron datos deoctubre de 2002 a julio de 2003 con un sensor de oleaje(Analizador Doppler de presión, tipo Triton) a 10 m de profun-didad frente a la localidad El Oasis ubicada a 4 km al norte delrompeolas de la CFE, en particular para analizar la direcciónde viaje de las olas.

El efecto acrecional o erosional del oleaje sobre el perfil deplaya depende del nivel energético de las olas. Un indicadorpara predecir una u otra condición es el parámetro conocido

Methods

Medium-term changes in sand volume were determinedbased on the analysis of 1860 beach profiles that were sur-veyed monthly from October 1995 to December 2003 at 29unequidistant control points along the study area (fig. 1). Thesurveys were conducted using a fixed level, stadia rod and tapemeasure, and mean lower low water (MLLW) as referencedatum. All measurements were made during the lowest tide ofthe month and during the day.

For each profile, the volume of sand contained aboveMLLW was calculated. To identify the periodic characteristicsof the time series, the data were transformed to the frequencydomain by spectral analysis using Welch’s (1967) method ofaveraging modified periodograms. To estimate the contributionof each one of the more energetic frequencies to the movementof sand, a sine function with those frequencies was fitted toevery sand volume time series.

To determine the relation between wave action and sandvolume changes, we analyzed data of wave height, period and

Figura 1. Área de estudio. Ubicación de los puntos de control en los que semidieron mensualmente los perfiles de playa. Nótese la complejabatimetría frente a la zona de estudio en el mapa inserto. Figure 1. Study area and location of the control points where monthlybeach profiles were surveyed. The inset shows the complex bathymetry offthe study area.

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como velocidad de asentamiento adimensional o número deDean, cuya expresión es:

Ω = Hs/wsT

donde Hs es la altura significativa de la ola, ws es la velocidadde asentamiento del sedimento y T es el periodo de la ola(Dean 1973). Este parámetro es ampliamente utilizado parapredecir la formación de barras (erosión de playa) o de bermas(acreción de playa) (Dalrymple 1992).

El tamaño de grano del sedimento en la zona de estudio esarena media y sólo algunos segmentos de playa presentancanto rodado durante el invierno; sin embargo, en la mayoríade las playas la arena en la zona subaérea está presente prácti-camente todo el año. Por ello, para estimar el número de Dean,se empleó un tamaño medio de grano de 0.34 mm (Carrillo-Berumen 1998).

Resultados

Los perfiles de playa presentaron cambios morfológicoscon una marcada estacionalidad donde se observa que lamáxima acreción fue en verano y la máxima erosión eninvierno (fig. 2). La presencia de una berma fue típica delverano y la pendiente de la playa en su conjunto resultó sermayor que en el invierno; en contraste, la ausencia de berma yla menor pendiente de la playa resultó ser el perfil típico deinvierno. En la primavera y el otoño los perfiles mostraron unacaracterística transicional entre las condiciones extremas deinvierno y verano. Estos cambios ocurrieron en todos los pun-tos de control a lo largo de la playa, excepto en los puntos 2 y3, en los que por primera vez se registró la estacionalidad

propagation direction from three sources. Firstly, the CoastalData Information Program (CDIP 2004) yielded historicalrecords (March 1995 to March 2002) for buoy 071, located offPoint Conception (California, USA), which were subjected tospectral analysis to identify recurrent height (energy) patterns.Secondly, from the CFE database, generated by an independentpressure sensor (Sea Data 12) installed in the vicinity of theCFE breakwater at 10 m depth from June 1995 to January1999, we obtained seasonal mean wave heights, periods anddirections. Thirdly, the database of the Autonomous Universityof Baja California (UABC) for October 2002 to July 2003,generated by a wave pressure sensor (Triton Doppler analyzer)installed at 10 m depth off El Oasis, 4 km to the north of thebreakwater, was used to analyze wave propagation behaviour.

The accretional or erosional effect of wave action on thebeach profile depends on the energy level of the waves. Anindicator used to predict one condition or the other is theparameter known as the nondimensional settling velocity orDean number:

Ω = Hs/wsT

where Hs is the significant wave height, ws is the sedimentsettling velocity and T is the wave period (Dean 1973). Thisparameter is widely used to predict the formation of bars(beach erosion) or the formation of berms (beach accretion)(Dalrymple 1992).

Medium sand is the main grain size in the study area,pebbles occurring in only a few segments of the beach duringwinter. Since at most sites the sand of the subaerial beach ispresent throughout most of the year, a mean grain size of0.34 mm was used to estimate the Dean number (Carrillo-Berumen 1998).

Results

The beach profiles showed marked seasonal morphologicalchanges, with maximum accretion occurring in summer andmaximum erosion in winter (fig. 2). In summer, the presence ofa beach berm was typical and the overall beach slope wasgreater than in winter. In contrast, the winter profile wascharacterized by the absence of a berm and gentler slope. Inspring and autumn the profiles showed a transition between theextreme winter and summer conditions. These changes wereobserved at all the control points along the beach, except atpoints 2 and 3, which showed an inverted seasonality, withmaximum accretion occurring in winter and maximum erosionin summer (fig. 3).

The spectral analysis of the volume time series revealedthree dominant spectral peaks: one occurred with a period ofless than one year, another with a period of one year and thethird with a period of two to three years. The less than one-yearpeak occurred at the 29 control points but with little spectralpower. The annual signal was observed at only 23 points butparticularly at 11, and was relatively low at only 5. The two-to-three-year peak showed greater energy at only 8 of the 29

Figura 2. Perfiles de playa levantados en el punto de control 1. Estosperfiles son representativos de la morfología típica del perfil de playa enprácticamente todos los puntos de control del área de estudio para cadauna de los estaciones del año.Figure 2. Beach profiles surveyed at control point 1. These profiles arerepresentative of the typical morphology of the beach profile in practicallyall control points in the study area for each season.

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invertida, esto es, la máxima acreción se presentó en invierno yla máxima erosión en verano (fig. 3).

Del análisis espectral de las series de volumen resultarontres picos dominantes de potencia espectral, uno con periodomenor a un año, otro con periodo de un año y el tercero conperiodo entre dos y tres años. El pico con periodo menor a unaño se presentó en los 29 puntos de control aunque con pocapotencia espectral. La señal anual se notó en sólo 23 puntos,pero en particular en 11 de ellos, y sólo en 5 fue relativamentebaja. El pico espectral con periodo entre dos y tres años mostrómayor energía en sólo 8 de los 29 puntos de control. En gene-ral, la limitación en el número de datos indica que el intervalode confianza al 95% no permite establecer una diferencia signi-ficativa entre los periodos de recurrencia (fig. 4).

El ajuste de la función seno con periodos de un año y tresaños de cada una de las series de tiempo del volumen resultó demayor amplitud para el ciclo anual (fig. 5). La contribuciónmáxima al movimiento de arena representada por la amplituddel seno con frecuencia de 12 meses fue de 79 m3 m–1 de playa,y la mínima fue de 10 m3 m–1. En contraste, la contribuciónmáxima del ciclo de 36 meses fue de 50 m3 m–1 y la mínima fuede 2 m3 m–1. En general, la cantidad de varianza que explican

control points. In general, because of the limited number ofdata, it was not possible to establish significant differencesbetween the recurring periods with the 95% confidenceinterval (fig. 4).

Figura 4. Espectros de las series de tiempo de volumen de arena en algunos puntos de control de la zona de estudio indicadoscon el número en la parte superior derecha de cada gráfica. La barra indica el intervalo de confianza al 95%.Figure 4. Sand volume time series spectra for some control points (indicated by the number on the top right-hand corner ofeach plot) in the study area. The bar indicates the 95% confidence interval.

Figura 3. Ciclo estacional de playa. La línea punteada corresponde al ciclo“normal” y la línea llena al ciclo de playa “invertido” que se registró en elpunto de control 2.Figure 3. Seasonal beach cycle. The dotted line corresponds to the“normal cycle” and the black line to the inverted cycle observed at controlpoint 2.

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estos ajustes (R2) resultó mayor de 0.5 en 11 puntos de controlpara el ciclo anual, mientras que el R2 máximo en el ajuste delseno con frecuencia de 36 meses fue de 0.5 sólo en el punto decontrol 11 y entre 0.1 y 0.4 en el resto.

Del análisis espectral de los registros de oleaje encondiciones de mar abierto frente a Punta Concepción (EUA)resultaron dos picos espectrales, uno con periodo de un año yotro con periodo de 2.8 años. En particular, las alturas signifi-cativas medias de las olas en los inviernos fue de 2.6 m, en losveranos de 1.7 m y en las primaveras y otoños de 2.1 m. Ladirección de proveniencia de las olas en mar abierto fue de loscuadrantes NW y SW aunque con más frecuencia proveníandel primero.

El registro de oleaje en aguas someras frente a la costa deRosarito mostró un patrón estacional en las alturas de las olas(tabla 1). La altura media de las olas en los inviernos de 1994 a1999 fue de 1.3 a 2.1 m, mientras que en los veranos de 1994 a1998 ésta fue de 1.0 a 1.3 m, y en las primaveras y los otoñosmostró un carácter transicional entre ambas, de 1.2 a 1.4 m.Generalmente, el número de Dean presentó valores mayores(Ω > 3.2) en los inviernos, particularmente en los de 1995 y

The sine function with one- and three-year periods fitted toeach of the volume time series showed greater amplitude forthe annual cycle (fig. 5). The maximum contribution to sandmovement represented by the amplitude of the 12-month sinefunction was 79 m3 m–1 and the minimum was 10 m3 m–1 ofbeach. In contrast, the maximum and minimum contributionsof the 36-month cycle were 50 and 2 m3 m–1, respectively. Ingeneral, the amount of variance explaining these fits (R2) wasgreater than 0.5 at 11 control points for the annual cycle, whilefor the 36-month cycle it was 0.5 only at control point 11 andfrom 0.1 to 0.4 at the rest.

The spectral analysis of the wave data for open sea condi-tions off Point Conception (USA) showed two spectral peaks,one occurring with a period of one year and the other with aperiod of 2.8 years. Significant mean wave heights were 2.6 mduring winter, 1.7 m during spring and 2.1 m during spring andautumn. Swell direction was from the NW and SW quadrants,but more frequently from the former.

Shallow-water waves off the coast of Rosarito indicated aseasonal height pattern (table 1). Mean wave heights rangedfrom 1.0 to 1.3 m during the summers of 1994 to 1998 and

Figura 5. Mejores ajustes de la función seno (línea punteada) con periodo de 12 meses (a) y de 36 meses (b) para los puntosde control indicados; se señala también la cantidad de varianza explicada por el ajuste (R2).Figure 5. Best fits of the 12-month (a) and 36-month (b) sine function (dotted line) for control points 1, 15, 11 and 29. Alsoshown is the amount of variance explained by the fit (R2).

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1998, menores (Ω < 3.2) en el verano, y valores de transiciónen primavera y otoño (fig. 6).

El comportamiento interanual invernal del oleaje en marabierto frente a la costa de California en términos de duracióndel arribo de oleaje de tormenta, mostró una variaciónrelativamente periódica (fig. 7). Sobresale la mayor duraciónen el arribo del oleaje de tormenta en los inviernos de 1995 y1998 cuyas olas con alturas medias respectivas de 2.5 y 3.1 matacaron la playa. En contraste, en los inviernos de 1996–2002(excepto en 1998) las tormentas fueron de menor duración yprodujeron olas con alturas medias de 2.3 a 2.7 m.

Discusión

Los cambios cíclicos asociados con periodos menores de0.5 años y que se presentaron en todos los puntos de control sehan identificado principalmente como la respuesta a eventosindividuales de tormenta. Larson y Kraus (1994) estimaron que

from 1.3 to 2.1 m during the winters of 1994 to 1999, whereasduring the spring and autumn seasons they showed transitionalvalues relative to the first two, ranging from 1.2 to 1.4. Thevalues of the Dean number were generally highest (Ω > 3.2) inwinter, particularly in 1995 and 1998, lowest (Ω < 3.2) in sum-mer and transitional in spring and autumn (fig. 6).

The interannual winter deep-water wave behaviour off thecoast of California, in terms of the timing of the arrival ofstorm conditions, showed a relatively periodic variation(fig. 7). Particularly noteworthy is the longer duration in thearrival of storm surge in the winters of 1995 and 1998, whenwaves with mean heights of 2.5 and 3.1 m, respectively,attacked the beach. In contrast, the winter storms of 1996 to2002 (except 1998) were of shorter duration, with mean waveheights of 2.3–2.7 m.

Discussion

The cyclical changes associated with periods of less than0.5 years, observed at all the control points, have been prima-rily linked to the occurrence of individual storm events. Larsonand Kraus (1994) estimated that the incidence of waves fromtwo extreme storms (Hs > 4 m) that occurred in a lapse ofapproximately 40 days removed an average of 230 m3 m–1 ofmaterial from four beach profiles. Lizárraga-Arciniega et al.(2003) documented the impact of storm waves of similarintensity as those reported by Larson and Kraus (1994), andcalculated sand losses of up to 180 m3 m–1, a decrease of up to70 m in beach width and a decrease of up to 3.5 m in beachprofile height, conditions that facilitated the attack of waves onRosarito’s residential and urban infrastructure. Nevertheless,though storms can produce dramatic short-term changes in thevolume of beach sand, the average contribution to sand move-ment of the erosion/accretion cycles of less than 0.5 years forthe Rosarito beaches, defined in terms of the amplitude of thesine function that best fits the temporal record of volume, onlyrepresents a movement of 22 m3 m–1 in comparison with themean annual cycle amplitude of 32 m3 m–1.

The greater annual volume variation during summer/autumn and smaller volume during winter/spring is consistentat all except two of the control points. This behaviour indicates

Figura 6. Promedio estacional del número de Dean. Sobresale la muy altaprobabilidad de erosión de la playa (Ω ≥ 3.2) especialmente en losinviernos ENSO de 1995 y 1998 así como la muy alta probabilidad deacreción de playa (Ω ≤ 3.2) en los veranos.Figure 6. Seasonal mean of the Dean number, showing the very highprobability of beach erosion (Ω ≥ 3.2) especially during the 1995 and 1998ENSO winters, as well as the very high probability of beach accretion (Ω ≤3.2) in summer.

Figura 7. Periodicidad relativa interinvernal en la duración del oleaje detormenta en mar abierto frente a la costa de California.Figure 7. Relative inter-winter periodicity in the duration of storm wavearrival in deep waters off the coast of California (USA).

Tabla 1. Estacionalidad del oleaje indicado principalmente por la alturamedia (Hs), el periodo medio (Tz) y la dirección de aproximación enpromedio (D) del oleaje en cada una de las estaciones frente a Rosarito enel periodo de junio de 1994 a enero de 1999.Table 1. Seasonality of waves according to wave height (Hs), mean period(Tz), and mean wave approach direction (D) off Rosarito (Baja California)for the period from June 1994 to January 1999.

Season Hs Tz D

Winter 1.7 ± 0.7 11.9 ± 1.7 225 ± 20

Spring 1.4 ± 0.6 11.6 ± 1.6 209 ± 24

Summer 1.1 ± 0.6 11.3 ± 1.5 204 ± 24

Autumn 1.2 ± 0.4 11.8 ± 1.5 213 ± 23

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la incidencia del oleaje de dos tormentas extremas (Hs > 4 m)ocurridas en un lapso de aproximadamente 40 días fue capazde remover un promedio de 230 m3 m–1 de arena en cuatro per-files de playa. Lizárraga-Arciniega et al. (2003) documentaronel impacto del oleaje de tormentas de intensidad similar a lasanalizadas por Larson y Kraus (1994) y calcularon pérdidas dearena de hasta 180 m3 m–1, pérdidas de hasta 70 m de ancho deplaya y reducciones de hasta 3.5 m en la altura del perfil deplaya, lo que facilitó el ataque de las olas sobre la infraestruc-tura urbana-residencial de Rosarito. Sin embargo, aunque lastormentas pueden producir cambios dramáticos en el volumende arena de la playa en el corto plazo, la contribución media almovimiento de arena de los ciclos de erosión/acreción conperiodo menor de 0.5 años para las playas de Rosarito, definidaen términos de la amplitud de la función seno que mejor seajusta al registro temporal de volumen, sólo representa unmovimiento de 22 m3 m–1 en comparación con la amplitudmedia de 32 m3 m–1 del ciclo anual.

La mayor variación anual en el volumen durante verano/otoño y la menor durante invierno/primavera está en fase entodos los puntos de control excepto en dos de ellos. Estecomportamiento indica que la predominancia de los procesoserosionales/acrecionales estacionales de la playa subaérea estácontrolada por el transporte de arena perpendicular a la playaque responde al arribo de oleaje más energético en inviernoque en verano. La fase constructiva o acrecional de la playaestá claramente definida durante el verano-otoño, cuando eloleaje es de menor altura ocasionando la predominancia deltransporte de arena de atrás de la zona de rompiente hacia laplaya subaérea como lo indica el número de Dean (Ω < 3.2)(fig. 6) (USACE 1992). Durante la fase destructiva o erosionalde la playa característica de invierno-primavera, cuando eloleaje es de mayor altura, el número de Dean, Ω = 3.2 (fig. 6),indica que el transporte de arena ocurre en sentido inverso, estoes, la arena se transporta desde la zona subaérea de la playa yse deposita en la parte posterior de la zona de rompiente comoha sido señalado para otras playas alrededor del mundo(USACE 1992). En su conjunto, estos comportamientos permi-ten concluir que el patrón de cambio estacional en el volumende arena responde fielmente a la variación estacional del oleajeexpresada en términos del número de Dean (Ω) y que puedecorresponder a playas de tipo disipativo o reflectivo de acuerdoa lo descrito por Anfuso y Benavente (2006).

Bajo la consideración general de las características deloleaje estacional, el número de Dean predice adecuadamente lacondición erosional/acrecional de la playa en Rosarito. Sinembargo, esta predicción no concuerda satisfactoriamentecon el comportamiento de las playas en las que se detectó elciclo invertido de erosión/acreción, ya que en éstas huboacumulación de arena durante el invierno a pesar del arribo deloleaje más energético. Por el contrario, durante el verano, auncon el arribo de oleaje de baja energía, dominó la erosión de laplaya. Esto indica que en particular en estas playas, son otrosfactores los responsables de la inversión erosional/acrecionalobservada y, por tanto, es necesario tener considerar tales

that the predominant seasonal erosion and accretion processesat the subaerial beach are controlled by onshore sand transportas a result of the arrival of waves that are more energetic inwinter than in summer. The constructive or accretional phase isclearly defined in summer/autumn, when wave heights arelower and sand is predominantly transported from behind thebreaker zone to the subaerial beach, as indicated by the Deannumber (Ω < 3.2) (fig. 6) (USACE 1992). During the charac-teristic winter/spring destructive or erosional phase, whenwaves are highest, the Dean number Ω = 3.2 (fig. 6) indicatesthat, contrary to the above, sand is transported from the sub-aerial beach and deposited behind the breaker zone, as occursat other beaches worldwide (USACE 1992). Based on thesefindings, it can be concluded that the pattern of seasonalchanges in sand volume is clearly related to the seasonal varia-tion in wave action, expressed in terms of the Dean number,and can correspond to a dissipative or reflective beach asdescribed by Anfuso and Benavente (2006).

Considering the seasonal wave characteristics, the Deannumber appropriately predicts the erosional/accretional cond-tion of the beach at Rosarito. This prediction, however, doesnot coincide satisfactorily with the behaviour at the controlpoints showing an inverted erosion/accretion cycle, where sandaccumulation occurred in winter despite the arrival of moreenergetic waves and beach erosion predominated in summerwith low-energy wave action. This indicates that other factorswere responsible for the inverse cycle observed at these sitesand should be considered when using the Dean number to pre-dict beach erosion and accretion.

The factors causing the inverted erosion/accretion cycle attwo of the control points surveyed are not evident. The archshape of the beach with rocky bottom at the extremes andslight changes in the angle of the breaking waves relative tothe beach may be responsible for the seasonal shift in theannual erosion/accretion cycle. Though this behaviour isunusual for straight, semiexposed, sandy beaches (Masselinkand Pattiaratchi 2001), it commonly occurs at pocket beaches,since the breaking angles relative to the orientation of thecoast generally differ from one end of the beach to the other(Short et al. 2000). According to Eliot and Clarke (1982) andBittencourt et al. (1997), local physiographic characteristicscan cause slight changes in the beach cycle.

The relative importance of the seasonal shift in the changeof volume increases in the vicinity of an obstacle and with itssize. At straight beaches not interrupted by coastal structures,the seasonal cycle is mainly related to the seasonal waveregimen and the amplitude of the seasonal cycle is generallylower than at beaches close to breakwaters or piers (Masselinkand Pattiaratchi 2001). Anfuso et al. (2006) also reported thatbeaches close to anthropogenic coastal structures show greatervariability. This behaviour was verified in this study, where themean contribution to sand movement induced by the seasonalcycle of 32 m3 m–1 attained maximum values (59–79 m3 m–1) atthe site immediately to the south of the breakwater. This is theresult of both onshore and longshore sand transport, the latter

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excepciones al utilizar el número de Dean como predictor de laerosión/acreción de playa.

Los factores que afectan el desfase en la erosión y acreciondurante invierno y verano, respectivamente, observado en dosde los puntos de control, no son tan evidentes. Si bien el efectodel oleaje estacional está presente, la forma arqueada de laplaya, con fondo rocoso en sus extremos y ligeros cambios enel ángulo del oleaje rompiente con respecto a la playa, son losresponsables del desfase erosional/acrecional y dan lugar alciclo de playa anual invertido. Aunque este comportamiento espoco usual en playas arenosas rectas y semiexpuestas(Masselink y Pattiaratchi 2001), es común que ocurra en playasde bolsillo, ya que los ángulos de rompiente con respecto a laorientación de la playa son por lo general contrarios en uno yotro extremo de la playa de bolsillo (Short et al. 2000). Eliot yClarke (1982) y Bittencourt et al. (1997) señalan que es comúnque las características fisiográficas locales en el litoral ocasio-nen ligeras variantes en el ciclo de playa.

La importancia relativa del cambio estacional en la varia-ción de volumen se incrementa con la proximidad de unobstáculo y con el tamaño de éste. En playas rectas y no inte-rrumpidas por estructuras costeras el ciclo estacional respondeprincipalmente al régimen estacional de oleaje y la amplituddel ciclo estacional es generalmente menor que en playas cer-canas a rompeolas o espigones (Masselink y Pattiaratchi 2001).Anfuso et al. (2006) también señalan que las playas cercanas aestructuras costeras antrópicas son las que presentan mayorvariabilidad. Este comportamiento se verifica para las playasde Rosarito, en donde la contribución media al movimiento dearena inducido por el ciclo estacional de 32 m3 m–1 alcanzó susmáximos valores (59–79 m3 m–1) en la playa inmediata al surdel espigón de la CFE, en respuesta a la combinación deltransporte de arena en sentido perpendicular y en sentido para-lelo a la playa. Este último es sugerido por el efecto de trampade arena que tiene el espigón sur al retener la arena que poten-cialmente se transportaría en sentido paralelo a la playa delsureste hacia el noroeste tal y como lo sugiere el patrón dedirección de aproximación del oleaje en esta zona (Marichal-González 2001).

El mecanismo de interacción descrito, también se aplicapara otros puntos de control (e.g., 2, 3 y 4) en los que la ampli-tud de la contribución al movimiento de arena, por arriba delpromedio pero de menor magnitud que las observadas en lascercanías del espigón de la CFE, también está asociado a lacercanía con afloramientos rocosos, a manera de salientes, queproducen cambios en la orientación de la línea de playa, y alefecto trampa de arena señalado y que ha sido caracterizado enplayas morfológicamente similares (Bokuniewicz y Tangren1985, Masselink y Pattiaratchi 2001). Como lo indican losperfiles de playa, las estructuras costeras en combinación conlas salientes rocosas, al modificar la incidencia del oleaje, hancambiado el transporte litoral de arena (perpendicular yparalelo) dando como resultado zonas preferenciales deerosión/acreción en el litoral estudiado, tal y como se esquema-tiza en la figura 8.

suggested by the effect of the southern CFE pier, which trapssand that is potentially transported parallel to the beach fromthe SE to the NW, as suggested by the wave approach directionpattern in this area (Marichal-González 2001).

The mechanism of interaction described also applies toother control points (e.g., 2, 3 and 4), where the amplitude ofthe contribution to sand movement, above the mean but oflesser magnitude than that observed in the vicinity of the CFEbreakwater, is also related to their proximity to rocky outcrops(headlands) that produce changes in the orientation of thebeach line and to the sand trap effect mentioned, which hasbeen characterized at morphologically similar beaches(Bokuniewicz and Tangren 1985, Masselink and Pattiaratchi2001). As indicated by the beach profiles, by modifying thewave incidence the coastal structures and rocky outcrops havealtered the littoral sand transport (onshore and longshore),resulting in preferential erosion and accretion zones in thestudy area (fig. 8).

The constant accumulation of sand at the southern CFE pierand the wave data obtained by Marichal-González (2001) indi-cate that seasonal inversions in the longshore sand transport arefew or nill, and that the predominant transport direction isnorthwesterly. Marmolejo-Lara (1985), however, reported a netlittoral sand transport of 130,000–150,000 m3 towards the

Figura 8. Esquematización fuera de escala de zonas preferenciales deerosión (gris oscuro) y de acreción (gris claro) debidas a la acción deloleaje (flecha O) y el transporte litoral inducido por el mismo (flecha de trespuntas).Figure 8. Non-scale diagram showing preferential erosion zones (darkgray) and accretion zones (light gray) due to wave action (arrow O) andwave-induced littoral transport (three-pronged arrow).

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La continua acumulación de arena en la parte sur delespigón en combinación con los registros de oleaje deMarichal-González (2001) indican que las inversiones estacio-nales en la dirección del transporte de arena en sentido paraleloa la playa son pocas o nulas, dominando el transporte en direc-ción noroeste. Esta condición contrasta con la estimación deMarmolejo-Lara (1985) de que el transporte litoral neto dearena entre 130,000 y 150,000 m3 es hacia el sur, aunque tam-bién indica que las corrientes litorales al sur del espigón sonhacia el norte. El registro de series de tiempo de largo plazo delperfil de playa y el oleaje en la zona de Rosarito permitirácaracterizar y cuantificar con mayor certidumbre los volúme-nes y direcciones de transporte litoral.

El ciclo de erosión/acreción con periodo de 36 meses quese evidenció en todas las series de tiempo es generalmente demenor amplitud que el anual. Se han identificado ciclos de ero-sión/acreción con periodos de alrededor de 29 meses (Clarke yEliot 1988, Lacey y Peck 1998, Bittencourt et al. 1997) que sehan asociado con variaciones en los patrones de transporte lito-ral, que a su vez se han relacionado con fenómenos de escalaplanetaria como el ENSO. Storlazzi y Griggs (2000) analizaronla ocurrencia del ENSO (1910 a 1995) y su relación con la ero-sión de cantiles costeros, y demostraron que conforme aumentala intensidad de un ENSO, existen incrementos en la altura delas olas, del nivel del mar, de la precipitación y la actividadciclónica, de manera que la erosión y daño costero por tormen-tas puede ser tres veces mayor que cuando no hay ENSO.

Dolan y Davis (1992) señalan que el impacto del oleaje detormenta sobre la erosión de la playa no sólo depende de laintensidad de la tormenta en términos de la altura máxima deola, sino también en términos de su duración. De acuerdo conSeymour et al. (1984), quienes definen un evento de tormentacomo aquel que presenta alturas de olas mayores de 4 m por unlapso de 9 horas o más continuas, se encontró una periodicidadde 36 meses entre inviernos severos (1995, 1998 y 2000) quecoincide con la periodicidad del cambio cíclico de volumen dearena para las playas de Rosarito. De esta manera, se puedeconcluir que la periodicidad de aproximadamente 36 mesesentre inviernos en los que se observó una mayor duración en elarribo de oleaje de tormenta es el factor responsable delcambio cíclico de volumen de arena con el mismo periodoencontrado en este trabajo.

Agradecimientos

Se agradece el apoyo financiero de la UniversidadAutónoma de Baja California y de CONACYT (proyecto SEP-2004-C01-47656). Se reconoce y agradece la información deoleaje y perfiles de playa facilitada por el grupo de ocea-nografía física de CFE con sede en Rosarito, Baja California,y a todos los estudiantes de la licenciatura en oceanologíade la Facultad de Ciencias Marinas quienes apoyaron conentusiasmo el trabajo de campo bajo la supervisión de E Gil-Silva, R Blanco-Betancourt y R Cano.

south, but also observed northerly currents to the south of thebreakwater. Long-term beach profile and wave data are neces-sary to characterize and determine with greater certainty thevolumes and directions of littoral transport in the Rosarito area.

The 36-month erosion/accretion cycle obtained for all thesand volume time series generally showed less amplitude thanthe annual cycle. Erosion/accretion cycles with periods ofabout 29 months have been identified by Clarke and Eliot(1988), Lacey and Peck (1998) and Bittencourt et al. (1997),and have been associated with variations in the patterns oflittoral transport, which in turn have been associated withplanetary-scale phenomena such as ENSO. Storlazzi andGriggs (2000) analyzed the occurrence of ENSO events (from1910 to 1995) and their relation to coastal cliff erosion. Theseauthors noted that as the intensity of an event increases, there isan increase in wave height, sea level, rainfall and cyclonicactivity, and that erosion and coastal damage can be three timesgreater than during non-ENSO conditions.

Dolan and Davis (1992) reported that the impact of stormwaves on beach erosion not only depends on the intensity ofthe storm, estimated in terms of maximum wave height, butalso on the duration. In accordance with Seymour et al. (1984),who defined a storm event as one that presents wave heightsgreater than 4 m during nine or more hours, we found a 36-month periodicity for severe winters (1995, 1998 and 2000),coinciding with the periodicity obtained for cyclical sand vol-ume change in the Rosarito beaches. It can therefore be con-cluded that the approximate 36-month period between wintersshowing greater duration of storm conditions is the factorresponsible for the cyclical change in sand volume with thesame periodicity.

Acknowledgements

Financial support from UABC and the Mexican Council ofScience and Technology (CONACYT project SEP-2004-C01-47656) is acknowledged. The CFE’s physical oceanographygroup at Rosarito (Baja California) kindly provided beachprofile and wave data. We thank all the students of the MarineScience Faculty (UABC) for their help in the field, under thesupervision of E Gil-Silva, R Blanco-Betancourt and R Cano.

English translation by Christine Harris.

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Recibido en agosto de 2006;aceptado en junio de 2007